專利名稱：一種偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)
背景技術：
近年來，投影儀隨著成本的降低，逐漸在商務會議，大型展示，家庭影院等很多方 面占據(jù)了一席之地，且不斷向高亮度，高解像度和小型化發(fā)展。目前主流顯示終端除平面圖 像本身外無法顯示任何圖像景深信息，但在自然環(huán)境里人眼所觀察的都是立體的世界，觀 看者有希望看到立體顯示的需求，這樣首先在高端影院里出現(xiàn)了立體顯示的偏振式雙投影 系統(tǒng)。由于人眼睛間隔引起的左右眼看到物體表面的微小差別，而在大腦里合成具有的景 深尺寸的立體圖像，也通常稱為三維或3D圖像。立體顯示設備可以使用兩個分開的圖像投 影系統(tǒng)分別來投影左眼圖像和右眼圖像，借助于觀看者佩戴的光學濾光鏡，觀看者的右眼 看不到左眼圖像，左眼看不到右眼圖像，從而實現(xiàn)立體感。然而這種系統(tǒng)在成功地用于形成 立體圖像的同時，因為光學濾光鏡的緣故，系統(tǒng)的光能量損失至少一半以上。因此，有必要 解決目前這個偏振式立體雙投影的光利用效率低的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)，此系統(tǒng)投射出相互垂直偏振方向的 偏振光，兩臺光引擎分別接受左右眼的圖像信號輸入后調制成各自的圖像投影到金屬屏幕 上，從而人佩戴相應偏光眼鏡以后左右眼分別看到了各自的圖像，經大腦合成立體圖像。本發(fā)明也是一種高效利用光能的立體投影光學系統(tǒng)，傳統(tǒng)的雙投影光學系統(tǒng)都是 采用偏光器件截取非偏振光中的其中一個偏振方向的光線，亮度損失一半以上。而本系統(tǒng) 能夠采用互相垂直偏振方向的雙投影達到亮度無損的目的。本發(fā)明也是一種成本較低的立體投影光學系統(tǒng)，由于效率高，同樣投影畫面大小 同樣立體亮度所需要的設備綜合成本相對更低。


圖1是本發(fā)明提供的第一實施例的偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)的結構示意圖。圖2是本發(fā)明提供的第二實施例的偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)的結構示意圖。圖3是本發(fā)明提供的第三實施例的偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)的結構示意圖。圖4是圖2的立體雙投影光學系統(tǒng)中的偏光轉換器件的結構示意圖。圖5是本發(fā)明提供的第四實施例的偏振式立體雙投影光學系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式為了對本發(fā)明作更進一步的說明，舉以下較佳實施例并配合附圖詳細描述如下。 請參閱圖1，為本發(fā)明提供的第一實施例的偏振式立體雙投影系統(tǒng)的光學結構示意圖。圖上 半部分左右兩個虛框內是兩臺光引擎在不同坐標系下的平面圖，左圖是在XZ坐標平面圖，y坐標箭頭從里向外。偏光發(fā)生器11由非偏振照明光源111，復眼透鏡組合112，偏光轉換 器件113組成，照明光源111可以是LED，非偏振態(tài)激光等非偏振光源，發(fā)出的光會聚后經過 復眼透鏡組合112勻光，再經過偏光轉換器件PCS光柵113轉變成S線偏振光。應當理解， 不使用復眼透鏡組合，或者使用積分棒進行勻光，都不脫離本發(fā)明的范圍。光調制器12由反射式硅基液晶LC0S121和偏振分光棱鏡122(又稱PBS棱鏡， Polarization Beam Splitter)組成，由偏光發(fā)生器11產生的S線偏振光通過PBS棱鏡122 反射S偏振光后照射到LC0S121 (在這個坐標截面圖中對應的是LCOS的長邊)上，光經過 LCOS調制后變成帶有圖像信息的P線偏振光。投影對位器13由投射鏡131和對位調整機構132組成，P線偏振光透過PBS棱鏡 經投射鏡131投射出去成像在屏幕上，而對位調整機構132調整光引擎的位置來控制圖像 在屏幕上的相對位置。右圖是在yz坐標平面圖，χ坐標箭頭從外向里。非偏振光源111的光線經過復眼 透鏡組合112勻光，再經過偏光轉換器件PCS光柵113轉變成S線偏振光，通過PBS棱鏡 122反射S偏振光后照射到LC0S121 (在這個坐標截面圖中對應的是LCOS的窄邊)上，光經 過LCOS調制后變成帶有圖像信息的P線偏振光經投射鏡141投射出去，對位調整機構142 可以調整投射鏡或者光引擎的位置來控制圖像在屏幕上的位置。兩臺光引擎放在同一個坐 標系中按圖1下半部分位置關系放置，圖為xy坐標平面圖，ζ坐標箭頭從外向里，那么光線 偏振方向是相互垂直的。投影畫面可以由投影對位器13，14配合調整，使得聚焦重合在金 屬幕上。可以理解，對位調整機構是輔助實現(xiàn)兩臺光引擎的投影畫面重合的結構件，不管是 電動調整機構還是手動調整機構，不管是調整光閥和投射鏡相對位置來改變兩畫面相對位 置還是調整光引擎間相對位置來改變兩畫面相對位置，都不脫離本發(fā)明的范圍。所述偏光轉換器件，是實現(xiàn)把光源發(fā)出的非偏振光轉換成固定偏振方向的線偏振 光的光學器件，可以是PCS光柵如圖4左，也可以是SCP光柵如圖4右等。PCS光柵原理是， 非偏振光從光柵41側入射，經過PCS膜42分離成S線偏振光和P線偏振光，S偏振光反射 后經過反射膜43再次反射出去，P偏振光透過PCS膜后經過1/2波片轉變成S偏振光再次 透射出去。這樣就完成了從非偏振光到S線偏振光的轉變。SCP光柵原理是，非偏振光從光 柵41側入射，經過PCS膜42分離成S線偏振光和P線偏振光，S偏振光反射后經過反射膜 43再次反射后經過1/2波片轉變成P偏振光透射出去，P偏振光透過PCS膜后直接透射出 去。這樣就完成了從非偏振光到P線偏振光的轉變。應當理解，PCS光柵，SCP光柵以及不 同放置方法和不同配對關系，都只是一種偏光轉換器件，只是示意性的，可以使用任一其他 合適的偏光轉換器件來實現(xiàn)非偏振光轉換成偏振光功能，不脫離本發(fā)明的范圍。請參閱圖2，為本發(fā)明提供的第二實施例的偏振式立體雙投影系統(tǒng)的光學結構示 意圖。圖示是在同一坐標系下兩臺光引擎的相對位置關系，如圖2左，非偏振光源211的光 線經過復眼透鏡組合212勻光，再經過偏光轉換器件PCS光柵213轉變成S線偏振光，通過 光調制器23調制后變成帶有圖像信息的P線偏振光經投射鏡251投射到金屬幕上。如圖2 右，非偏振光源221的光線經過復眼透鏡組合222勻光，再經過偏光轉換器件SCP光柵223 轉變成P線偏振光，光調制器24由LC0S242和線柵偏振片241 (又稱WGP偏振片，Wire Grid Polarizer)組成。偏光發(fā)生器22產生P線偏振光，透過線柵偏振片241后照射到LC0S242 上，經過LCOS調制后變成帶有圖像信息的S線偏振光再由線柵偏振片反射，經投射鏡251投射到金屬幕上。同實例一所述一樣，兩臺光引擎的相對位置可以由對位調整機構252或 者手動校正，使得兩個投影畫面基本重合在金屬幕上。觀察者在佩戴上相應的線偏光眼鏡 時，左眼將只能看到左投影機投射出的圖像，右眼同樣只能看到右投影機投射出的圖像，從 而在大腦中形成立體圖像。請參閱圖3，為本發(fā)明提供的第三實施例的偏振式立體雙投影系統(tǒng)的光學結構示 意圖。圖示中兩臺光引擎在同一坐標系中，圖左側光引擎的光源311經過復眼透鏡組合312 勻光，再將PCS光柵313轉換成S線偏振光。光調制器33是穿透式液晶LCD33，偏光發(fā)生器 31產生S偏振光經由LCD33調制后變成攜帶光信息的P線偏振光出射，通過投射鏡341投 影到金屬幕上。圖右側光引擎的PCS光柵323與圖左側光引擎的PCS光柵313在xy平面 內是互相垂直的，光源321經過復眼透鏡組合322勻光，再將PCS光柵323轉換成P線偏振 光，經由LCD33調制光信息后變成S線偏振光出射，通過投射鏡341投影到金屬幕上，從而 兩臺光引擎的出射光仍然是偏振方向互相垂直的。對位調整機構342工作原理同第一、第 二實施例，在此不再重述。請參閱圖5，為本發(fā)明提供的第四實施例的偏振式立體雙投影系統(tǒng)的光學結構示 意圖。圖示中光源511是偏振態(tài)激光光源，可以是全固態(tài)高功率激光。由于光源本身發(fā)出 的是線性偏振光，所以通過控制光源可以容易在xz平面內實現(xiàn)產生S偏振光的目的。偏 光發(fā)生器51由偏振態(tài)光源511，擴束器512，復眼透鏡組合513組成，光源511通過擴束器 512擴束整形后經過復眼透鏡組合513勻光，再經由光調制器52調制成帶有信息的P偏振 光，通過投影對位器53投影到屏幕上成像。立體投影實現(xiàn)原理由于同第一實施例相似，不 再一一重述了?？梢岳斫猓槍す夤庠丛黾拥臄U束，整形，消相干器件，都可以視為偏光發(fā) 生器的一個組成部分，不脫離本發(fā)明的范圍。另外，本人還可在本發(fā)明精神內做其它變化，只要其不偏離本發(fā)明的技術效果，都 應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內。
權利要求
一種立體雙投影光學系統(tǒng)，其特征是兩臺光引擎中，包含一對偏光發(fā)生器，一對光調制器，以及一對投影對位器。偏光發(fā)生器產生兩束偏振方向相互垂直的偏振光，偏振光經過各自的光調制器調制后，帶有各自圖像信息的光線經過投影對位器投影到觀看面上并使圖像重合，出射光仍然是偏振方向相互垂直的偏振光。
2.如權利要求1所述的光學系統(tǒng)，其特征是偏光發(fā)生器為非偏振光源組件和偏振光 源組件中的一種。
3.如權利要求2所述的光學系統(tǒng)，其特征是非偏振光源組件中光源是LED等非偏振 光源。偏振光源組件中光源是全固態(tài)激光等偏振光源。
4.如權利要求2所述的光學系統(tǒng)，其特征是非偏振光源組件中還包含偏光轉換器件， 用于將非偏振光轉換為偏振光。
5.如權利要求1所述的光學系統(tǒng)，其特征是一對偏光發(fā)生器發(fā)出的光線是偏振方向 相互垂直的偏振光。
6.如權利要求1所述的光學系統(tǒng)，其特征是光調制器是穿透式液晶LCD，或者是反射 式硅基液晶LCOS和偏振分束器的組合中的一種。
7.如權利要求6所述的光學系統(tǒng)，其特征是偏振分束器用于改變S偏振光光路方向。
8.如權利要求1所述的光學系統(tǒng)，其特征是投影對位器包括投射鏡和對位調整機構。
9.如權利要求8所述的光學系統(tǒng)，其特征是對位調整機構具有調整投影圖像在觀看 面上對位重合的作用。
全文摘要
一種實現(xiàn)偏振式立體雙投影的光學系統(tǒng)，此系統(tǒng)包括一對偏光發(fā)生器，一對光調制器，以及一對投影對位器組成。偏光發(fā)生器包括了非偏振光源組件及偏振轉換器件或者包括了偏振光源組件，光調制器包括了光閥或者還有偏振分束器，投影對位器包括了投射鏡和對位調整機構。一對偏光發(fā)生器產生兩束偏振方向相互垂直的線偏振光，然后分別經過各自的光調制器得到左右眼圖像信息，通過投影對位器投射出具有互相垂直偏振方向特性的左右眼圖像在屏幕上對位重合。從而人佩戴相應的偏光眼鏡能夠看到左右眼合成的立體圖像。
文檔編號G02B27/26GK101968573SQ20101027958
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者黃鳳仙 申請人:黃鳳仙